본 연구에서는 시판되고 있는 혈청 내 AChE가 acetylthiocholine과 반응하여 GNP에 aggregation 일으키는 원리를 이용하여 신선채소 농산물 중에 저농도 농약을 신속하고 간편하게 분석할 수 있는 비색-신속 농약 검출법을 개발하는 연구를 수행하였다. 먼저 비색-신속 농약 검출법의 최적화를 위해 GNP 입자의 크기에 따른 응집정도 를 확인하여 15~20 nm 직경의 GNP를 선정하였고, 혈청의 희석배수와 acetylthiocholine의 농도를 확인하여 GNP 응집 차이가 가장 큰 혈청 1000배 희석과 acetylthiocholine 1 mM을 최적화 조건으로 선정하였다. 비색-신속 농약 검출법의 평가를 위해 최적화된 비색농약분석법을 이용하여 유기인계 농약은 dimethyl amine으로 카바메이트계 농약은 carbofuran으로 민감도를 분석한 결과 모두 7.5 ng/mL 까지 검출이 가능한 것으로 확인되었으며 이는 기존의 비색-신속 농약 검출법과 비교했을 때 높은 민감도와 특이성을 나타내었다. 농약 이외에 화학물질인 곰팡이독소 등에 대한 반응성은 확인되지 않아 높은 특이성을 나타내었 다. 또한 상추, 깻잎, 양상추에 대한 시료 전처리법을 확 립하고 임의로 오염시킨 3종(상추, 깻잎, 양상추)의 농산물에 대해서 회수율을 확인한 결과유기인계와 카바메이트계 농약을 83.85~133.16% 정도의 회수율이 확인되었다. 이상의 결과 볼 때 본 연구에서 개발한 비색-신속 농약 검 출법을 이용한다면 시판 농산물의 잔류농약을 신속하고 민감도 높게 검출할 수 있을 것으로 판단된다.

In this study, we report a general method for preparation of a one-dimensional (1D) arrangement of Au nanoparticles on single-walled carbon nanotubes (SWNTs) using biologically programmed peptides as structure-guiding 1D templates. The peptides were designed by the combination of glutamic acid (E), glycine (G), and phenylalanine (F) amino acids; peptides efficiently debundled and exfoliated the SWNTs for stability of the dispersion and guided the growth of the array of Au nanoparticles in a controllable manner. Moreover, we demonstrated the superior ability of 1D nanohybrids as flexible, transparent, and conducting materials. The highly stable dispersion of 1D nanohybrids in aqueous solution enabled the fabrication of flexible, transparent, and conductive nanohybrid films using vacuum filtration, resulting in good optical and electrical properties.

Various methods for the detection of E. coli O157:H7 in food have been developed in the past decades. However, current detection methods require specialized instruments and lengthy preparation time. In an effort to achieve a rapid and sensitive detection, we developed a radial chromatography (RC) biosensor integrated with gold nanoparticle (AuNP) conjugated with antibody for the detection of E. coli O157:H7. The immuno-AuNP binds to E. coli O157:H7 creating AuNP-E. coli O157:H7 complexes by specific antigen-antibody interaction. The AuNP-E. coli O157:H7 complexes can be identified clearly from free AuNP by RC based on their mobility on porous matrix. Thus, the AuNP complexed with target bacteria, E. coli O157:H7 could be discriminated from free AuNP by radial chromatography. The results showed that the developed RC biosensor is highly selective to E. coli O157:H7 over non-target bacteria, including Bacillus cereus, Staphylococcus aureus and Vibrio cholerae with a detection limit of 105 CFU/ml. When combined with a pre-concentration step using immunomagnetic beads, we could further enhance the detection limit down to 103 CFU/ml. In this study, we developed a novel method that is rapid, sensitive and applicable for qualitative and quantitative detection of E. coli O157:H7. The detection procedure is simple and the results can be easily determined by naked eyes, suggesting that this system is practical and can be applied to the field diagnosis in food industry for the detection of pathogenic bacteria.

An importance of food allergen detection has been growing in food industry. Here, we developed a rapid and easy-to-use detection system for Ara h1, a major allergen in peanut, using gold nanoparticles and switchable linkers. The detection system was performed by two steps. In the first step, Ara h1 was mixed with various concentrations (0.2 - 1.0μg/mL) of biotinylated anti-Ara h1 antibody (i.e., switchable linker, SLs) solutions for 20 min. After mixing, streptavidin coated gold nanoparticle (Abs. 4.0) was added to the mixture solutions with agitation for10 min. Without Ara h1(control), the region of aggregation caused by quantitative relationship between SLs and gold nanoparticle was observed at more than 0.4 μg/mL of SLs. However, under presence of Ara h1, SLs covered with Ara h1 had less ability to react with gold nanoparticles than naked SLs. This resulted in a change of the quantitative relationship mentioned above, which led to shift of the aggregation region. When 10 nM and 40 nM of Ara h1 were added, the aggregation region was appeared from 0.5and 0.8 μg/mLof switchable linkers, respectively. Ara h1 in peanut sample was also detected with this system. 0.4 μg/mL of switchable linkers are mixed with serially diluted peanut extract solutions. As a result, the shift of the aggregation region was observed from undiluted extract to 10 -2 diluted solution. This system could be adapted to detect other harmful/useful bio materials in food.

국내 남성에게서 지속적으로 발생하는 전립선암을 대상으로, 근접치료 시 금 나노입자 밀도에 따른 흡수 선량을 평가하고자 하였다. 흡수선량 평가는 몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 MCNPX 프로그램을 이용하였다. 선원은 일시적 삽입선원 192Ir과 영구적 삽입선원 103Pd을 이용하였으며, 금 나노입자의 밀도는 0 mg, 7 mg, 18 mg, 30 mg으로 하였다. 그 결과 표적장기인 전립선은 192Ir이 2.95E-14 Gy/e에서 4.42E-14 Gy/e로 밀도에 비례해서 증가하였으며, 103Pd도 동일한 경향성을 보였다. 또한 주변장기에 대한 선량은 밀도에 반비례하여 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 근접치료 시 나노입자의 사용은 치료가능비를 상승시킬 수 있을 것으로 판단된다.

방사선과 상호작용으로 단일 금 나노입자로부터 나타나는 2차 전자의 발생과 입자 크기, 입사 에너지 간 의 관계를 확인하였으며, 금 나노입자를 이용한 선량 증가 효과에 대한 기초 자료를 제공하고자 하였다. MCNPX MC code를 이용하여 Monte Carlo 시뮬레이션 기법을 적용하였으며, X선 에너지는 50, 100, 150 kV와 6, 15 MV를 사용하였다. 물 팬텀 내부에 30, 50, 70, 90, 110 nm 직경의 단일 금 나노입자를 위치 시켜 10 nm 간격으로 계수 체적을 지정하였다. 금 나노입자로부터 발생하는 전자의 차이는 입자가 없을 때를 기준으로 표준화하여 나타내었으며, X선의 에너지가 낮을수록, 금 입자의 직경이 클수록 많은 전자의 발생을 보였다. 에너지가 낮을수록 나노입자의 크기와 전자 발생 간 선형식에서 높은 기울기 값을 나타내 었으며, MV X선에 비해 kV X선에서 현저히 많은 전자의 발생을 보였다. 금 나노입자를 이용한 선량 증가 현상을 이해하기 위한 자료로 활용할 수 있을 것으로 생각되며, 추후 금 나노입자를 포함한 다양한 선량 증가 물질에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.

나노입자의 응용은 1970년대부터 발전되어 왔다. 금속 나노입자에 빛을 조사하면 나노입자 표면에서 플라즈몬 공명(SPR, surface plasmon resonance)을 일으킨다. SPR 효과는 금속표면에 입사한 빛에너지에 의해 전자가 여기하며 공명을 일으켜 진동을 발생시키는 현상을 말한다. 여기 된 전자들이 금속원자들과 충돌을 일으키며 열에너지로 전환될 수 있는데 이를 금속의 광열효과(photothermal effect)라고 한다. 우리는 광열 효과를 이용하여 온열 화장품의 개발 가능성을 제시하고자 한다. 온열 화장품의 개발을 위해 생체 독성이 적은 금 나노입자를 선택하여 광열 효과에 있어서의 세포 생체적합성과 열효율을 살펴보았다. 금 나노입자의 합성 상태는 금 나노입자가 갖는 독특한 흡광 스펙트럼으로 확인하였으며, 금 나노입자의 농도는 원자 흡광분석기로 측정하였다. 세포의 독성평가는 MTT assay와 이중 염색법을 사용하였으며, 금 나노입자의 광열 효과는 제논 램프를 광원으로 하여 금 나노입자의 농도의 증가에 따른 광열 효과증대를 적외선-열화상 카메라로 확인하였다. 금 나노입자의 광열 효과를 온열 화장품에 적용한다면 한대 지방의 기후, 또는 겨울철에 태양 에너지를 열에너지로 전환시켜 피부에 손실된 열을 공급, 피부온도 유지에 도움이 되고 피부건강에 긍정적 효과를 주리라 사료된다.